旋光法测定蔗糖转化反应的速率常数

1、旋光法测定蔗糖转化反应的速率常数一、实验目的1. 了解蔗糖转化反应体系中各物质浓度与旋光度之间的关系。 2. 测定蔗糖转化反应的速率常数和半衰期。 3. 掌握测量原理和旋光仪的使用方法。 二、实验原理蔗糖转化反应为: C12H22O11(蔗糖)H2O C6H12O6(葡萄糖) C6H12O6(果糖)右旋 右旋 左旋为使水解反应加速，常以酸为催化剂，此反应的反应速率与蔗糖的浓度、水的浓度以及催化剂H+的浓度有关，在H+浓度固定的条件下，这个反应本是二级反应，但由于反应中水是大量的，虽有部分水分子参加反应，但浓度变化极小，可以认为整个反应中水的浓度基本是恒定的。而H+是催化剂，其浓度也是固定的。所

2、以，此反应可视为假一级反应。其动力学方程为 - dc / dt = k · c(1)式中，k为反应速率常数；c为时间t时的反应物浓度。将(1)式积分得：或 (2) 式中，c0为反应物的初始浓度。当c = 0.5 c0时，t可用t1/2表示，即为反应的半衰期。由(2)式可得：(3) 蔗糖及水解产物均为旋光性物质。但它们的旋光能力不同，故可以利用体系在反应过程中旋光度的变化来衡量反应的进程。溶液的旋光度与溶液中所含旋光物质的种类、浓度、溶剂的性质、液层厚度、光源波长及温度等因素有关。为了比较各种物质的旋光能力，引入比旋光度的概念。比旋光度可用下式表示: (4) 式中，t为实验温度()；D

3、为光源波长；为旋光度；l为液层厚度(m)；c为浓度(kg·m-3)。 由(4)式可知，当其它条件不变时，旋光度与浓度c成线性关系。即： = K · c(5) 式中的K是一个与物质旋光能力、液层厚度、溶剂性质、光源波长、温度等因素有关的常数。 在蔗糖的水解反应中，反应物蔗糖是右旋性物质，其比旋光度=66.6°。产物中葡萄糖也是右旋性物质，其比旋光度 =52.5°；而产物中的果糖则是左旋性物质，其比旋光度 =91.9°。由于生成物中果糖的左旋性比葡萄糖的右旋性大，因此随着水解反应的进行，右旋角不断减小，最后经过零点变成左旋。旋光度与浓度成正比，并且

4、溶液的旋光度为各组成的旋光度之和。设反应时间为0，t，时溶液的旋光度为0，t，表示，则：0 = K反 · c0(蔗糖尚未转化，t0) (6) = K生 · c0(蔗糖已全部转化，t) (7) 式(6)、(7)中的K反和K生分别为对应反应物与生成物的比例常数。c0既为反应物的初始浓度，又可为生成物的最后浓度。当时间为t时，蔗糖浓度为c，溶液体系旋光度为t, 则t = K反 · K生(c0 - c)(8) 由(6)、(7)、(8)三式联立可以解得：(9) (10) 将(9)、(10)两式代入(2)式即得: 或(11) 若以ln(t)对t作图，从其斜率即可求得反应速率常

5、数k。进而可求得半衰期t1/2。三、实验步骤1 旋光仪的零点的测定打开旋光仪，预热20 min。将旋光管装满蒸馏水。将旋光管放入旋光仪，旋光管凸起的一端朝上放置。调节旋光仪的目镜，使三分视野清晰。在读数零附近，旋转刻度盘调节手轮。调节三分视野，在三分视野亮度一致且较暗时读数，这是旋光仪的零点。2.20%蔗糖溶液的配制  用量筒量取25 mL蒸馏水于50 mL锥形瓶中，用粗天平称取5 g 蔗糖，溶于蒸馏水。3旋光度的测定用移液管吸取4 M HCl 25.0 mL加入蔗糖溶液中，开始计时。应注意在HCl 溶液从移液管中流出一半时开始记时。用少量待测溶液润洗旋光管2 次，然后将反应液装满旋光管，立刻放进旋光仪内，测量旋光度，每1min记录1次，直至旋光度变为左旋。4的测定  在测量旋光度的同时，将剩余的蔗糖和HCl 混合溶液置于60水浴中加热20 min，取出后冷却至室温，测其旋光度即为。每分钟测量1次，连续测量3 min。五、数据处理1. 将实验数据记录于下表:温度： c(HCl): c(蔗糖)： :t(min)ttln(t)t(min)2. 以ln(t)对t作图，由图线的形状判断反应的级数，并求出反应的速率常数k。3. 计算蔗糖转化反应的半衰期t1/2。六、注意事项1. 装样品时，旋光管管盖旋至不漏液体即可，不要用力过猛，以免压碎玻璃片。 2